Bestemmelse av totalt organisk oksygenforbruk fra organisk stoff som tilføres Indre Oslofjord via
renseanlegg og elver.
Fagrådsrapport 111.
0
2 4 6 8 10 12 14
0 20 40 60 80
Samlet oksygenforbruk (mg O2)
Dager etter inkubering Bekkelaget innløp 5.10.10 Bekkelaget utløp 5.10.10 Poly. (Bekkelaget innløp 5.10.10) Poly. (Bekkelaget utløp 5.10.10)
Norsk institutt for vannforskning RAPPORT
Hovedkontor Sørlandsavdelingen Østlandsavdelingen Vestlandsavdelingen NIVA Midt-Norge Gaustadalléen 21 Jon Lilletuns vei 3 Sandvikaveien 59 Thormøhlensgate 53 D Pirsenteret, Havnegata 9
0349 Oslo 4879 Grimstad 2312 Ottestad 5006 Bergen Postboks 1266
Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 Telefon (47) 22 18 51 00 7462 Trondheim Telefax (47) 22 18 52 00 Telefax (47) 37 04 45 13 Telefax (47) 62 57 66 53 Telefax (47) 55 31 22 14 Telefon (47) 22 18 51 00
Internett: www.niva.no Telefax (47) 73 54 63 87
Tittel
Bestemmelse av totalt organisk oksygenforbruk fra organisk stoff som tilføres Indre Oslofjord via renseanlegg og elver.
Fagrådsrapport 111.
Løpenr. (for bestilling)
6229-2011
Prosjektnr. Undernr.
10344
Dato
10.10.2011
Sider Pris
39
Forfatter(e)
Aina Charlotte Wenneberg, Christian Vogelsang og Helge Liltved
Fagområde
Nedbrytning
Geografisk område
Indre Oslofjord
Distribusjon
Fritt
Trykket
NIVA
Oppdragsgiver(e)
Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i Indre Oslofjord
Oppdragsreferanse
Mette Britt Sunde
Sammendrag
Det spesifikke totale oksygenforbruket for organisk stoff (TOFOC,spes) i vannprøver fra de to største renseanleggene, og fra tre større elver under ulik vannføring har blitt bestemt i laboratorietester med sjøvann og marine bakterier over 60 døgn. TOFOC,spes (g O2/g C) ble videre brukt sammen med vannføringen og innholdet av organisk stoff til å estimere de samlede utslippene av oksygenforbrukende organisk stoff (TOFOC) til fjorden fra de største elvene, renseanleggene og overløp. Resultatene ble sammenlignet med verdier kommet fram i utarbeidelsen av Fagrådets Strategi 2010, samt med verdier som ligger inne i NIVAs Oslofjordmodell brukt til å modellere oksygenforholdene i Indre Oslofjord.
Fire norske emneord Fire engelske emneord
1. Spesifikt oksygenforbruk 1. Specific oxygen consumption
2. Mikrobiologisk nedbrytning 2. Micribial degradation
3. Organisk stoff 3. Organic matter
4. Indre Oslofjord 4. Inner Oslo fjord
Helge Liltved James Dedric Berg
Prosjektleder Direktør for teknologi og innovasjon
ISBN 978-82-577-5964-3
Bestemmelse av totalt organisk oksygenforbruk fra organisk stoff som tilføres Indre Oslofjord via
renseanlegg og elver
Fagrådsrapport 111
Forord
Arbeidet som presenteres her er gjort på oppdrag for Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i Indre Oslofjord. Det er gjort som en oppfølging av anbefalinger framkommet ved utarbeidelsen av
Strategiplanen for Fagrådets langtidsplanlegging av arbeidet som skal gjøres for å møte utfordringene blant annet befolkningsveksten og klimaendringene vil kunne gi vannmiljøet i Indre Oslofjord. Det har vært store usikkerheter knyttet til oksygenforbruket ved nedbrytningen av det organiske stoffet som slippes ut via elver og renseanlegg m/overløp, og dette har vært et forsøk på å estimere dette bedre.
Vi takker for Fagrådet for tilliten og for all hjelp vi har fått fra VEAS og Bekkelaget renseanlegg ved innsamling av prøver med tilhørende måledata, samt Vann- og avløpsetatene i kommunene Oslo, Bærum, Oppegård og Røyken for velvillighet ved overlevering av måledata.
Oslo, 10. oktober 2011
Christian Vogelsang
Innhold
Sammendrag 5
1. Bakgrunnstall 7
1.1 Tall for tilførsler av organisk stoff til fjorden hentet fra
Strategiplanen - Prosjektets bakteppe 7
1.2 Forventet variasjon i tilførslene av TOC 9 2. Estimering av potensielt totalt oksygenforbruk pga TOC-
tilførsler fra renseanlegg og elver 14
2.1 Prøvetaking i renseanlegg og elver 15
2.2 Analyse av totalt organisk karbon 17
2.3 Bestemmelse av spesifikt totalt oksygenforbruk fra organisk
karbon (TOFOC,spes) 17
2.4 TOFOC,spes i vann fra renseanlegg og elver 18 3. Vurdering av feil og usikkerheter 24 3.1 Har vi bestemt endelig oksygenforbruk? 24
3.2 Analyse- og måleusikkerhet 25
4. Konklusjon 26
Vedlegg A. Prøvetakingspunkter i elvene 28 Vedlegg B. Næringssalter benyttet i bestemmelsen av TOFOC 29 Vedlegg C. Bestemmelse av potensielt oksygenforbruk i prøver fra
renseanlegg og elver - rådata 30
Sammendrag
Det spesifikke totale oksygenforbruket for organisk stoff (TOFOC,spes) i vannprøver fra de to største renseanleggene, og fra tre større elver under ulik vannføring har blitt bestemt i laboratorietester med sjøvann og marine bakterier over 60 døgn. TOFOC,spes (g O2/g C) ble videre brukt sammen med vannføringen og innholdet av organisk stoff til å estimere de samlede utslippene av
oksygenforbrukende organisk stoff (TOFOC) til fjorden fra de største elvene, renseanleggene og overløp. Resultatene ble sammenlignet med verdier kommet fram i utarbeidelsen av Fagrådets Strategi 2010, samt med verdier som ligger inne i NIVAs Oslofjordmodell brukt til å modellere
oksygenforholdene i Indre Oslofjord.
Det målte oksygenforbruket i vannprøvene antyder store forskjeller mellom tidligere antatt oksygenforbruk og det som fremkommer i denne undersøkelsen.
De viktigste funnene for renseanleggene:
Ved tørrværsavrenning er TOFOC,spes-verdien for utløpet fra VEAS (1,0 g O2/g C) ca. 2x høyere enn for utløpet fra Bekkelaget RA (0,5 g O2/g C).
TOFOC-utslippet fra Bekkelaget RA er i størrelsesorden 6-8 % av TOFOC-utslippet fra VEAS.
Utslippet av TOFOC fra VEAS så ut til å være ca. 80 % av det som ble estimert tidligere (Strategiplanen), men ca. halvparten av det som ligger inne i Oslofjordmodellen. For utslippet fra Bekkelaget ligger de tidligere estimatene ca. dobbelt så høyt, mens det som ligger inne i Oslofjordmodellen er i størrelsesorden 5 x høyere.
Under kraftig regnvær med en fremmedvannmengde på ca. 50 %, forble TOFOC,spes-verdien for renset vann fra VEAS tilnærmet uforandret, mens det ble estimert en TOFOC,kjem,spes for det kjemiske rensetrinnet på Bekkelaget RA som var vesentlig høyere enn TOFOC,spes for det biologisk-kjemiske rensetrinnet (normalt behandles alt vannet biologisk-kjemisk, men når kapasiteten til denne rensingen overskrides blir det overskytende behandlet kun kjemisk). Når 33 % av vannet ble behandlet kjemisk var denne på 1,02 g O2/g C, mens den økte til 1,86 g O2/g C når den kjemiske kapasiteten var fullt utnyttet.
TOFOC,spes-verdien i innløpene til renseanleggene er 3-5 ganger høyere enn utløpet. Disse ble brukt til å estimere overløpsutslippene av TOFOC, som så ut til å være 0,7-2,3 ganger høyere enn estimert for overløpet over rist på Bekkelaget, mens det lå 70 % under det som ligger inne i Fjordmodellen for Lysaker (etter innføringen av Regnvannsrenseanlegget i 2008). TOFOC- utslippet så ut til å ha vært ca 5x høyere enn tidigere estimert for Lysakeroverløpet før 2008.
De viktigste funnene for elvene:
For Alna/Loelva og Sandvikselva ble TOFOC,spes-verdien 2-3-doblet under vårløsningen sammenlignet med tørrværsavrenningen. Det var interessant å se at TOFOC,spes-verdien for Gjersjøelva, som i stor grad drenerer jordbruksområder, ikke så ut til å endres med
vårløsningen. Årsaken ligger sannsynligvis å finne i påvirkningen fra oppholdet i Gjersjøen.
TOFOC,spes-verdien for elvene var langt lavere enn de antagelsene som var gjort tidligere tilsa, og TOFOC-utslippet fra de enkelte elvene så derfor også ut til å være vesentlig lavere enn de tidligere estimatene anslo, spesielt verdiene som ligger inne i Fjordmodellen. Dette gjaldt ikke minst for Gjersjøelva, som har et nesten merkelig lavt årlig utslipp (<1-2 % av tidligere estimater).
Sammenligning med KOF-verdier for enkelte prøver, der disse er tilgjengelige sammen med TOC- verdiene, antydet at det meste av det organiske stoffet i prøvene hadde blitt brutt ned. De estimerte TOCOC,spes-verdiene skulle derfor stemme rimelig godt, i hvert fall for avløpsvannprøvene.
Det anbefales at studien følges opp med en nærmere undersøkelse av den underliggende årsaken til den store forskjellen i spesifikt oksygenforbruk for det organiske stoffet i behandlet vann ut fra VEAS og Bekkelaget RA, og at det gjennomføres et måleprogram med måling av KOF sammen med
vannføringsmålinger i de største tilførselselvene.
Summary
The specific total oxygen consumption connected to organic matter (TOFOC,spes) in water samples from the two largest wastewater treatment works in the Oslo area, and from three larger rivers during different water flows have been determined in laboratory tests with seawater and marine bacteria over a 60 day period. TOFOC,spes) (g O2/g C) was further used together with the water flow and the content of organic matter to estimate the total discharges of oxygen consuming organic matter (TOFOC,spes) to the fjord from the largest rivers, the wastewater treatment works and sewer overflows. The results were compared with values used in the Strategy plan 2010 for the Council for water and sanitation cooperation in the Inner Oslofjord (Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i Indre Oslofjord), as well as values in the NIVA Oslofjord model used to model the oxygen consumption and vertical profiles in the Inner Oslofjord.
The measured oxygen consumption in the water samples indicates large discrepancies between earlier assumed oxygen consumption and what is revealed in this assessment.
1. Bakgrunnstall
1.1 Tall for tilførsler av organisk stoff til fjorden hentet fra Strategiplanen - Prosjektets bakteppe
De største tilførslene av organisk stoff til Indre Oslofjord kommer fra renseanleggene, inkludert overløp på ledningsnettet, og elvene. Se Figur 1, hentet fra Strategiplanen (Vogelsang m.fl. 2010).
TOC (tonn/år)
1578
4270 238
318 4.68
Renseanlegg
Større hovedoverløp Elver og bekker Arealer
Båttrafikk
Figur 1. Estimerte årlige gjennomsnittstilførsler av organisk karbon (TOC) via ulike transportveier til Indre Oslofjord (Vogelsang m.fl. 2010).
Ved utarbeidelsen av Strategiplanen ble det estimert et potensielt oksygenforbruk, som disse tilførslene av organisk stoff (og nitrogen og fosfor) bidrar til i de dypere lag (<20 m eller <50 m) av fjorden. Estimatene ble basert på en enkel modell utviklet av Baalsrud m.fl. (1986), som senere også dannet grunnlaget for NIVAs Oslofjordmodell (Bjerkeng, 1994). I modellen inngår organisk stoff som tilførsler av totalt organisk karbon (TOC). For renseanleggene ble gjennomsnittet av de rapporterte årsverdier for renset utslipp og overløp for årene 2004-2008 (VEAS) og 2002-2008 (Bekkelaget RA) lagt til grunn for estimatene. På VEAS måler de TOC, men på Bekkelaget, hvor de måler biokjemisk oksygenforbruk (BOF5) på utløpet, ble det estimert et TOC-utslipp med renset avløpsvann ut fra BOF5-verdiene og et forholdstall mellom BOF5 og TOC på 1,053 for biologiske anlegg med
simultanfelling (Hovin og Paulsrud, 1983). Det forelå ikke BOF5-data for overløpene på Bekkelaget RA, så der ble TOC-utslippene i overløp estimert ut fra forholdet mellom total-N og TOC i innløpet til VEAS (for perioden 2005-2008). I ettertid ser vi at måleverdiene for kjemisk oksygenforbruk (KOF) i innløpet til Bekkelaget RA nok med fordel kunne vært benyttet til dette. De beregnete verdiene for tilførsler av TOC fra renseanleggene er vist i Tabell 1.
Det ble funnet svært lite tallmateriale som kunne gi gode estimater for tilførslene av organisk stoff via elvene. I årsrapportene fra Vann- og avløpsetatene i de enkelte kommunene var det i hovedsak
fokusert på næringssalter og fekal forurensning, men det var oppgitt TOC-data for noen innsjøer/vann.
Disse lå for alle sentrale vann på ca 5 mg C/l. De største elvene inngår i elveovervåkningsprogrammet (RID) til Klif, men alle RID-dataene for elvene i området er basert på modellberegninger.
Gjennomsnittlige og maks-, min-verdier for elvetilførslene ble derfor estimert på bakgrunn av oppgitte RID-verdier for de enkelte elvene, tallmaterialet (årlige tilførsler) som ligger inne i NIVAs
Oslofjordmodell for de elvene der disse kunne isoleres og estimerte tilførsler basert på årlige
vannføringsdata og en antatt TOC-konsentrasjon på 5 mg C/l. De beregnete verdiene for tilførsler av TOC fra de største elvene er vist i Tabell 1. Her er også tilførselsdatagrunnlaget som ligger inne i Oslofjordmodellen vist.
Som det vil fremgå av neste underkapittel, sitter kommunene likevel på en del TOC-data for elvene.
Disse vil senere i rapporten bli brukt til å gjøre en samlet vurdering av tilførslene av TOC til Indre Oslofjord via elvene.
Tabell 1. Tilførsler av TOC fra de tre største renseanleggene, hovedoverløpene og de største elvene slik de framgår i Strategiplanen (Vogelsang m.fl., 2010). Estimert tilhørende oksygenforbruk ved antagelse om en andel på 60 % biotilgjengelig og et oksygenforbruk på 2,4 g O2/g C. I
Oslofjordmodellen er det antatt at 2,6 % av det organiske stoffet er inert og det er benyttet en faktor på 2,67 g O2/g C for oksygenforbruket.
NIVAs fjordmodell Tilførsler av TOC Oksygenforbruk tonn C/år tonn O2/år Snitt Maks Min Snitt Maks Min
tonn C/år Tonn O2/år
VEAS 1246 3240 1359 1670 1145 1957 2405 1649
Bekkelaget RA 200 520 149 178 96 215 256 138
Nordre Follo RA 25 65 34 38 29 49 55 42
Lysakeroverløp før 2008 - - 128 242 50 184 348 72
Lysakeroverløp etter 20081 141 367 0,85 1,61 0,33 1 2 0
Overløp Bekkelaget o/rist 63 164 86 169 32 124 243 46
Årungelva 595 1547 372 595 148 535 857 213
Gjærsjøelva 1430 3719 871 1430 311 1254 2059 448
Ljanselva 185 481 154 165 142 221 238 204
Loelva/Alna2 808 2101 863 918 808 1243 1322 1164
Lysakerelva3 616 1602 662 616 708 953 1020 887
Sandvikselva
1450 3771 658 658 658 948 948 948
Åroselva 426 487 365 613 701 526
Samlet 6759 17577 5761 7260 4400 8296 10454 6336
1 Tall fram til oktober 2009
2 Inkluderer også Akerselva, Frognerelva og Hovinbekken
3 Inkluderer også Hoffselva og Mærradalsbekken
Når det organiske stoffet kommer ut i fjorden vil (i hovedsak) bakteriene i sjøvannet kunne benytte seg av dette stoffet som energikilde (med eller uten forutgående hydrolyse) med et forbruk av oksygen som ett resultat (og dannelse av CO2). For enkelhets skyld ble det gjort to sentrale antagelser:
60 % av alt organisk stoff som tilføres fjorden er tilgjengelig for bakteriell omsetning, uansett opphav.
I samsvar med Baalsrud m.fl. (1986); for hvert g C som oksideres går det med 2,4 g oksygen.
Det hadde nok vært naturlig å sette den omsettbare andelen høyere for overløpene. Oksygenforbruket per g C må også sies å være et relativt usikkert tall, selv om Henze m.fl. (2002) angir det
gjennomsnittlige oksygenforbruket for de fire hovedgruppene av forbindelser som ankommer kommunale avløpsrenseanlegg (karbohydrater, fett, proteiner og annet organisk stoff) til 2,26-2,82 g O2/g C. Det kan forventes at den andelen av det organiske stoffet som er tyngst nedbrytbart, og derfor akkumuleres i utslippet fra renseanlegg, trenger mer oksygen for fullstendig nedbrytning enn
gjennomsnittet. Det estimerte oksygenforbruket fra organisk stoff fra de største renseanleggene,
overløpene og elvene gitt de to antagelsene er vist i ytterste høyre kolonne i Tabell 1. De tilsvarende tallene som ligger inne i Oslofjordmodellen er også vist. Kort beskrevet antas det at en viss fraksjon (2,6 %) av det organiske stoffet sedimenterer og over tid dekkes av nye sedimenter slik at de i praksis ikke lenger bidrar til oksygenforbruk i fjorden (Bjerkeng, pers.med.). Resten av TOC brytes ned over tid, og det er lagt inn et teoretisk oksygenforbruk på 2,67 g O2 per g C ut fra en enkel kjemisk formel:
CH2O + O2 = CO2 + H2O. Som det går fram av Tabell 1 er oksygenforbruksestimatene for organisk stoff vesentlig høyere i Oslofjordmodellen, hovedsakelig forårsaket av antagelsen at nær alt TOC brytes ned.
De store usikkerhetene knyttet til både de kvantitative tilførslene av organisk stoff og det faktiske oksygenforbruket disse tilførslene fører til ute i fjorden danner bakteppet for dette prosjektet. Og betydningen det organiske stoffet er gitt i estimatene for det totale oksygenforbruket (TOF) ute i fjorden kan til en viss grad leses av Figur 2, der fordelingen mellom ammonium, total-fosfor og organisk stoff for samlet TOF for de 11 antatt største tilførselskildene er gitt. For de fleste elvene er bidraget fra organisk stoff på 50-95 %, men det ligger på ca 40 % for de to største renseanleggene og den sterkt avløpspåvirkede Loelva.
0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %
Nordre Fo llo
Årun gelva
Gjærsjøelva BRA
o/rist BRA
Loelva, Alna Lysa
ker før 2008 Sandvikse
lva VEAS
Åros elva
Atmosfæren
Andel av TOF>20 m dyp-bidrag (%)
NH4-N TOC total P
Figur 2. Estimert bidragsandel fra NH4-N, organisk stoff (TOC) og total P til TOF>20 m dyp fra hver enkelt kilde som utgjør mer enn 1,5 % av den samlede TOF-belastningen under 20 m.
1.2 Forventet variasjon i tilførslene av TOC
I forbindelse med dette prosjektet ble det samlet inn TOC- og vannføringsdata fra kommunene for elvene med de forventet største bidragene av TOC til fjorden. Dette er data, som ikke lå tilgjengelig gjennom årsrapportene, men som nå vil gjøre de videre estimatene langt bedre enn først antatt.
Figur 3 og 4 viser hvordan TOC-konsentrasjonen og den (normalt ukesmidlere) vannføringen har variert i de enkelte elvene gjennom den perioden vi har tilgjengelig data for. Det ser ut til å være en viss samvariasjon mellom vannføringen og TOC-konsentasjonen i de fleste elvene. For Akerselva ser det av en eller annen grunn ikke ut til å være noen slik samvariasjon, men siden konsentrasjonstoppene ser ut til å falle utenfor flomtoppene, får de mindre betydning. I Figur 5 er tilførselsmengden per uke plottet mot vannførselen og kurven for første ordens lineærtilpasning av dataene er lagt inn. Det gode samsvaret (R2 = 0,94-0,97) mellom tilført mengde TOC og vannføringen for de fleste elvene antyder at vannføringen kan benyttes som støtteparameter for å estimere TOC-tilførslene der TOC-data mangler for disse elvene. Loelva er den elva hvor man ser den klareste sammenhengen mellom økt TOC- tilførsel og økt vannføring (se Figur 6), men tilførselsøkningen er ikke lik hver gang, noe som gjør at det er vanskelig å forutse hvor stor tilførselen vil bli utfra vanntilførselen (jfr. Figur 5). Det var ingen
klar tendens heller ved oppsplitting i vårperiode (april-mai), senhøstperiode (oktober-desember) og øvrige måneder (resultatene er ikke vist). For Gjersjøelva var den logførte vannføringen usannsynlig lav (<1 m3/d) i enkelte perioder, så her ble det satt en fiktiv minstevannføring på 20 m3/d.
For avløpsrenseanleggene del er det naturlig å anta at det vil være hva slags behandling avløpsvannet får som vil ha størst betydning for hvor mye, og hva slags, organisk stoff som slippes ut. De vil således være kapasitetsgrensen til de ulike rensetrinnene på anleggene som bestemmer dette.
I det følgende skal vi forsøke å estimere det reelle forventede oksygenforbruket knyttet til utslipp av organisk stoff til fjorden.
Alna/Loelva
0 5 10 15 20 25 30
01.01.06 20.07.06 05.02.07 24.08.07 11.03.08 27.09.08 15.04.09 01.11.09
TOC (mg/l)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Vannføring (l/s)
TOC Vannføring
Akerselva
0 3 6 9 12 15
01.01.06 20.07.06 05.02.07 24.08.07 11.03.08 27.09.08 15.04.09 01.11.09
TOC (mg/l)
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
Vannføring (l/s)
TOC Vannføring
Lysakerelva
0 2 4 6 8 10
01.01.06 20.07.06 05.02.07 24.08.07 11.03.08 27.09.08 15.04.09 01.11.09
TOC (mg/l)
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Vannføring (l/s)
TOC Vannføring
Figur 3. Vannføring og TOC-konsentrasjon i Loelva, Akerselva og Lysakerelva. Data fra Oslo kommune.
Sandvikselva
0 2 4 6 8 10
14.1.08 13.4.08 12.7.08 10.10.08 8.1.09 8.4.09 7.7.09 5.10.09 3.1.10 3.4.10 2.7.10
TOC (mg/l)
0 5 10 15 20 25 30 35
Vannføring (m3/s)
TOC Vannføring
Åroselva
0 3 6 9 12 15
1.1.05 1.1.06 1.1.07 1.1.08 31.12.08 31.12.09 31.12.10
TOC (mg/l)
TOC
Gjersjøelva
0 2 4 6 8 10
01.01.2007 01.01.2008 31.12.2008 31.12.2009 31.12.2010
TOC (mg/l)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Vannføring (l/s
TOC Vannføring
Figur 4. Vannføring og TOC-konsentrasjon i Sandvikselva, Gjersjøelva og Åroselva (kun TOC). Data fra kommunene Bærum og Røyken, samt NIVAs egne måledata for Gjersjøelva.
Lysakerelva y = 0.0039x - 0.384 R2 = 0.9382
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 10000 20000 30000 40000
Vannføring (l/s)
TOC-tilførsel (tonn/uke)
Akerselva y = 0.0028x - 0.1115 R2 = 0.9682
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Vannføring (l/s)
TOC-tilførsel (tonn/uke)
Alna/Loelva y = 0.0058x - 2.0474 R2 = 0.6291
0 10 20 30 40 50 60
0 2000 4000 6000 8000
Vannføring (l/s)
TOC-tilførsel (tonn/uke)
Sandvikselva
y = 4.1867x - 1.6505 R2 = 0.9489
0 30 60 90 120 150
0 10 20 30 40
Vannføring (m3/s)
TOC-tilførsel (tonn/d)
Gjersjøelva y = 0.0004x + 0.1529 R2 = 0.1451
0 1 2 3 4 5
0 1000 2000 3000 4000 5000
Vannføring (l/s)
TOC-tilførsel (tonn/d) )
Figur 5. Forholdet mellom tilført mengde TOC per uke og gjennomsnittlig vannføring i samme uke for elvene Lysakerelva, Akerselva, Loelva, Sandvikselva og Gjersjøelva.
Alna/Loelva
0 10 20 30 40 50 60
01.01.06 20.07.06 05.02.07 24.08.07 11.03.08 27.09.08 15.04.09 01.11.09
TOC-tilførsel (tonn/uke
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Vannføring (m3/s
TOC Vannføring
Figur 6. Tilført mengde TOC per uke og gjennomsnittlig vannføring i 2006-2010. Data fra Oslo kommune.
Tabell 2. Samlet estimert tilførsel av organisk stoff basert på tilgjengelige måleverdier for TOC- og vannføring.
Lysakerelva Akerselva Alna/Loelva Sandvikselva Åroselva1 Årungselva Gjersjøelva tonn/år
2010 540 308 220 601 463 - 125
2009 920 438 273 1110 437 - 212
2008 1043 616 374 725 524 - 159
2007 1004 487 327 - 399 - 170
2006 892 603 424 - 409 - -
1 Mangler vannføringsmålinger for Åroselva, så estimatet er basert på forventet årlig vannføring hentet fra NVE Atlas (http://atlas.nve.no/). Mangler TOC-data for Årungselva.
2. Estimering av potensielt totalt oksygenforbruk pga TOC-tilførsler fra renseanlegg og elver
Hovedmålsetningen for dette prosjektet er å få et estimat for det potensielle oksygenforbruket som tilførslene av organisk stoff ute i fjorden bidrar med. Det ble tatt ut et begrenset antall prøver fra VEAS og Bekkelaget RA og fra tre av de største elvene for bestemmelse av dette oksygenforbruket der det til en viss grad ble forsøkt å ta hensyn til at følgende faktorer vil kunne ha vesentlig betydning for oksygenforbruket:
Nedbrytningen vil i skje i sjøvann/brakkvann. Det er andre mikroorganismer i sjøvann enn i ferskvann.
Sesongvariasjoner i tilførslene. Man kan forvente relativt like tilførsler fra renseanleggene gjennom året (men varierende konsentrasjoner), men tilførslene via elvene vil variere betydelig med nedbør/avrenning, tele i bakken vs. vekstsesong, snøsmelting, aktivitet i nedbørsfeltet (avløpspåvrikning, jordbearbeiding, gjødsling, skogbruk etc.) og oppholdstid i
innsjøer før transport ut til fjorden. Variasjonen går sannsynligvis både på samlet mengde TOC, andel nedbrytbarhet og det spesifikke oksygenforbruket (g O2/g C).
Hvor mye av det organiske stoffet som vil kunne brytes ned i løpet av den forventede
oppholdstiden i fjorden. I Vestfjorden vil oppholdstiden kunne være typisk ett år, mens den i Bunnefjorden kan være ca. 3 år. Samtidig vil en del organisk stoff sedimentere og vil kunne bidra til et oksygenforbruk her over lengre tid. Det kan også resuspenderes.
Hva temperaturen er under nedbrytningen. Under sprangsjiktet i Vestfjorden ligger temperaturen på typisk 6-10
o
C året gjennom.
Det var ikke noen målsetning for prosjektet å dekke alle disse mulighetene, men å få en viss indikasjon på hvordan ulike aktiviteter i nedbørsfeltet og avrenningsforhold påvirker det spesifikke
oksygenforbruket (g O2/g C). Det ble derfor tatt et begrenset antall prøver, men som samtidig ville kunne speile litt av de normale variasjonene i tilrenningen til fjorden. Valg av prøvetidspunkt og -sted, bestemmelsesmetode og resultater er presentert i det følgende.
2.1 Prøvetaking i renseanlegg og elver
Prøver fra elver:
Valg av elveprøver ble gjort for å gjenspeile ulike typer aktiviteter i nedbørsfeltene og ulike
avrenningsforhold. Dette, samt tidspunkter og steder for prøvetakingene, er vist i Tabell 3. Det ble tatt én enkelt prøve ved hvert tidspunkt, som en stikkprøve. Alle prøvene ble analysert for TOC (totalt 24 prøver), men kun ved ett tidspunkt under tørrværsavrenning og ett tidspunkt under vårløsningen ble det analysert for spesifikt totalt oksygenforbruk fra organisk karbon (TOFOC,spes) (totalt 6 prøver). Det skulle egentlig blitt tatt inn to én ekstra elvevannsprøver fra hver av elvene under høstflom/kraftig nedbør, som skulle vært analysert for TOC og TOFOC,spes (kun én). Dette ble ikke gjort på grunn av lite nedbør denne høsten. Det ble derfor tatt en ekstra avløpsvannprøve på innløp og utløp til
renseanleggene under kraftig nedbør sommeren 2011.
Tabell 3. Oversikt over prøver tatt for å gjenspeile tilførslene av organisk stoff via elvene til fjorden.
Prøveuttakstidspunktene der det ble tatt ut prøve for bestemmelse av totalt oksygenforbruk fra organisk karbon (TOFOC,spes) er uthevet.
Elvenavn Dominerende aktiviteter i nedbørsfeltet
Prøvetaking Avrennings-
forhold Sted Tidspunkt (analyser)
Loelva/Alna By, avløpspåvirket Svartdals- parken
3.9.10 (TOFOC,spes, TOC) 7.9.10, 9.9.10 (TOC)
Tørrvær
5.10.10 (TOC) Høstflom/kraftig nedbør
7.4.11 (TOFOC,spes, TOC) 28.4.11, 2.5.11 (TOC)
Vårløsning Sandvikselva Skog, noe
by/tettbebyggelse
Bjørnegård- svingen
3.9.10 (TOFOC,spes, TOC) 7.9.10, 9.9.10 (TOC)
Tørrvær
5.10.10 (TOC) Høstflom/kraftig nedbør
7.4.11 (TOFOC,spes, TOC) 28.4.11, 2.5.11 (TOC)
Vårløsning Gjersjøelva Jordbruk, innsjø Mastemyr-
Ljansbruket
3.9.10 (TOFOC,spes, TOC) 7.9.10, 9.9.10 (TOC)
Tørrvær
5.10.10 (TOC) Høstflom/kraftig nedbør
7.4.11 (TOFOC,spes, TOC) 28.4.11, 2.5.11 (TOC)
Vårløsning
Elveprøvene til forsøkene ble tatt ved å senke en 1 liters syrevasket glassflaske ned i elva med en forlenger fra elvebredden. Prøvene ble tatt der det er god strøm i vannet. Prøver kun til TOC-analyse ble tatt ved å bruke en prøvetaker i plast som ble skylt i elvevannet tre ganger før vannprøve fra en strømrik del av elven ble overført til syrevasket glassflaske. NIVA gjennomførte prøveuttakene.
Prøver fra renseanlegg:
Prøver fra utløpet av VEAS og Bekkelaget RA ble tatt for å gjenspeile forholdene under normal tørrværstilrenning til anleggene (2x3 stk: 3.9, 7.9 og 9.9 2010) og under/etter kraftig regnvær for å fange opp betydningen av en større andel fremmedvann i innløpet (2x2 stk: 5.10.10 og 22.-25.7.11).
Under sistenevnte ble det også tatt innløpsprøver for å gjenspeile hva som forsvinner i overløp ute på nettet.
Prøvene ble tatt som 24-timers blandprøver (8 stk) og helgeblandprøver (2 stk). Renseanleggene tok selv blandprøvene med prøvetakingsutstyret som inngår i den normale driftsovervåkningen.
Oversiktskart over hvor prøvene ble tatt er vist i Figur 7. Detaljerte kart over prøvepunkter for elvene finnes i Vedlegg A.
Figur 7. Kart over Indre Oslofjord med avmerkede prøvepunkter for elver (pil) og renseanlegg (sirkler) [Bakgrunnsfigur: Oslo kommune, VAV]
Alna /Loelva
Sandvikselva
Gjersjøelva
2.2 Analyse av totalt organisk karbon
Totalt organiske karbon (TOC) ble bestemt på alle prøvene fra elver og renseanlegg ved hjelp av Tekmar Dohrmann Apollo 9000 HS karbonanalysator i hht NS-EN 1484 1. utgave. I tillegg analyserte VEAS sine egne prøver med tilsvarende metode, og resultatene ble sammenlignet.
2.3 Bestemmelse av spesifikt totalt oksygenforbruk fra organisk karbon (TOF
OC,spes)Det potensielle totale oksygenforbruket fra organisk karbon (TOFoc) ble bestemt ved en forenklet
”closed bottle test” (OECD 306) med naturlig tilstedeværende sjøvannsakterier som testorganismer for nedbrytningen, og ble definert som oksygenforbruket etter 60 dagers inkubering ved 20 ± 1 ˚C. Det ble trukket fra for det oksygenforbruket som skyldtes oksidering av ammonium (nitrifikasjon). Følgende ligning definerer TOFoc,spes:
væske o
flaske OC
OX væske blank
d O reox O o
O spes
OC C V
N V
C C
C gC C
gO
TOF
, 60 ,
2 ,
)
/ ( 2 2 2 , der (1)
CO2
o: oksygenkonsentrasjonen ved start [mg O2/l],
CO2,reox: oksygenkonsentrasjonsdifferansen i flasken mellom før og etter reoksigenering underveis i testen,
CO2
60d: oksygenkonsentrasjonen ved etter 60 døgn [mg O2/l],
Cblank: oksygenforbruket i blankprøven gitt av nedgangen i oksygenkonsentrasjonen i samme tidsrom;
Vvæske: vannvolumet i testflasken [l], COC,flaskeo
: TOC-konsentrasjonen i testflasken ved start [mg C/l], gitt av konsentrasjonen i flasken og fortynningsfaktoren, og
NOX, oksygenforbruk forårsaket av nitrifikasjon og gitt av følgende formel:
NOX = (CNO3+NO2
60d - CNO3+NO2
0- CNO3+NO2,blank)VvæskefO/N, der (2)
fO/N er det teoretiske oksygenforbruket på 4,57 g O2/g N når det antas at nitrifikasjonen har skjedd fullt ut til nitrat (NO3) i hht følgende ligning:
NH4
+ + 2O2 NO3
- + 2H+ + H2O (3)
Andelen av oksygenforbruket som kan knyttes til nitrifikasjon (TOFNox) er gitt av:
væske blank
d O reox O o
O
OX
N C C C C V
TOF N
OX
)
( , 60
2 2
2
(4)
Forberedelser:
Sjøvannet brukt i testene var hentet fra 60m dyp ved NIVAs forskningsstasjon på Solbergstrand og tilsatt en liten andel (2-6 %) vann fra 1 m dyp for å øke bakteriefloraen. Vannet ble modnet ved lagring i mørke ved 20 oC i 1-2 dager, med lufting siste natt, for å redusere konsentrasjonen av løst organisk stoff i vannet. Næringssalter ble tilsatt til sjøvannsmediene i hht OECD 306 (se Vedlegg B) for å forhindre at nedbrytingen ble begrenset av tilgangen på mineraler. Utløpsprøvene fra
renseanleggene og elveprøvene ble fortynnet 1:1 med dette sjøvannet, mens innløpsprøvene til renseanleggene ble fortynnet 1:5. Saliniteten ble justert til 25 ± 1 PSU med NaCl.
For hver prøve ble fire 290 ml glassflasker fylt helt opp med testvannet ved bruk av hevert.
Innløpsprøvene ble satt på omrøring under fylling av glassflaskene for å holde det partikulære materialet i prøvene i tilnærmet homogen blanding.
For hvert forsøksoppsett og sjøvannsfortynning ble en blank kontroll og en referansekontroll satt opp.
Disse bestod av sjøvann fortynnet med destillert vann i samme forhold som prøvene og tilsatt samme mengde NaCl og næringssalter. Referanseprøven ble i tillegg tilsatt 1 ml/liter anilin stamløsning (260μl anilin pr 100ml dH2O) for å kontrollere at den mikrobielle aktiviteten var tilstrekkelig. For blankkontroll og referanse ble tre 290 ml glassflasker brukt. I tillegg ble en flaske fylt med kontrollvann for å bruke til etterfylling av fortrengt vann under målinger i de andre flaskene.
Konsentrasjonen av marine bakterier ble bestemt ved kimtallsanalyse på marin agar fra en prøve av blank kontrollen for hvert forsøk.
Alle flaskene ble proppet igjen og senket ned i et vannbad som stod i et temperaturkontrollert rom (20±1 oC).
Gjennomføring og analyser:
Oksygenkonsentrasjonen ble målt i alle flaskene ved dag 0, etter 5 dager, 28 dager og 60 dager med et oksygenmeter (Oxi Level 2, InoLAB). Oksygenkonsentrasjonen ble målt hyppigere i en flaske fra hver prøve for å kontrollere at ikke alt oksygenet i flaskene var oppbrukt. Dersom denne flasken viste oksygenkonsentrasjon lavere enn 1 mg/l ble oksygenkonsentrasjonen i alle flaskene med samme prøve målt før de ble boblet med luft fuktet i gassvaskeflaske med destillert vann i 1-10 min for å bringe oksygenkonsentrasjonen opp igjen. Deretter ble de igjen proppet og satt tilbake i vannbadet.
Ved måling ble det brukt en trakt til å samle opp fortrengt vann fra elektroden. Litt vann (0,5-1ml) fra blank kontrollen ble tilsatt flaskene før proppen ble satt på igjen for å hindre dannelsen av luftbobler.
Oksygenelektroden og trakten ble skylt med destillert vann mellom målingene i ulike prøver, men ikke mellom paralleller fra samme prøve.
Ved oppstart og avslutning av testen ble en prøve tatt ut for bestemmelse av NO2 og NO3 samlet (NS 4745) for å bestemme oksygenforbruket forårsaket av nitrifikasjon (oksidering av NH4
+ til NO2 og NO3).
2.4 TOF
OC,spesi vann fra renseanlegg og elver
Resultatene fra TOFOC,spes-bestemmelsene er vist i Tabell 4. Rådata og beregninger er vist i Vedlegg C. I tillegg til TOFOC,spes, har vi oppgitt vannføringen inn til renseanleggene og i elvene under
prøvetakingen, TOC-konsentrasjonen i hver enkelt prøve og hvor stor andel oksidasjon av ammonium (nitrifikasjon) utgjorde i prosent av det samlede målte oksygenforbruket under hver enkelt måling.
Alle TOFOC,spes-tall er oppgitt uten nitrifikasjon. En høy TOFOC,spes-verdi vil si at oksygenforbruket er høyt per vektenhet organisk karbon i vannet. Samtidig må vi påpeke at alle disse resultatene kun er indikative, da tallgrunnlaget foreløpig er altfor svakt til å komme med noen konklusjoner. Dette gjelder ikke minst for elvene, der vi kun har ett enkelt resultatet for hver av de to vannføringene.
Viktige observasjoner for utløpet fra avløpsrenseanleggene:
Ved tørrværsavrenning er TOFOC,spes-verdien for utløpet fra VEAS ca. 2x høyere enn for utløpet fra Bekkelaget RA. Denne forskjellen gjenspeiler sannsynligvis effekten av den lengre hydrauliske oppholdstiden inne på aktivslamanlegget Bekkelaget (ca 20 timer) enn på
biofilmanlegget VEAS (2-3 timer).
Nitrifikasjon utgjorde >60 % av det samlet oksygenforbruk for utløpet fra VEAS, mens det tilsvarende tallet for Bekkelaget RA var ca. 10 %. Dette samsvarer ikke med estimatene som ble gjort tidligere, og som ble oppsummert i Figur 2; da ble det relative bidraget fra nitrogen og organisk stoff i avløpsvannet fra både VEAS og Bekkelaget funnet å være omtrent like store.
Under kraftig regnvær der fremmedvannmengden var i størrelsesorden 50 % av den totale tilrenningen til anleggene, forble TOF -verdien for renset vann fra VEAS tilnærmet
uforandret (dog med stor variasjon mellom de to parallellene), mens den ca. doblet seg for renset vann fra Bekkelaget RA og nærmet seg altså den for VEAS. Som det fremgår av Tabell 5, hadde ca. 30 % av det behandlede vannet som inngikk i prøvetakingen (vann gjennom regnvannsrenseanlegget, RVR, og det som gikk i overløp ble holdt utenom) gått gjennom kun kjemisk behandling. Her fjernes kun partikulært og kolloidalt materiale, og man kunne dermed forventet en vesentlig forverring av fjerningen av det biologisk tilgjengelige (og løselige) organiske stoffet. Dette så man altså tydelig på Bekkelaget. Teoretisk kan vi regne oss fram til hvor stor TOFOC,spes-verdien var ut fra den kjemiske behandlingen (TOFOC,kjem,spes), hvis vi antar at det som gikk gjennom den biologisk-kjemiske behandlingen (TOFOC,biokjem,spes) var uforandret:
kjem
spes biokjem OC biokjem
spes ut OC spes
kjem OC
TOF TOF TOF
, ,, , ,
,
, der (5)
kjem, biokjem: andelen som behandles kjemisk og biologisk-kjemisk, gitt i Tabell 5.
Med data hentet fra Tabell 4 og 5 for de to prøvetakingsperiodene blir den teoretiske TOFOC,kjem,spes for den kjemiske behandlingen på Bekkelaget RA på 1,02 g O2/g C for prøven hentet inn 5.10.2010, der 33 % av vannet ble behandlet kjemisk, og på 1,86 g O2/g C for helgeblandprøven 22.-25.7.2011, der hele kapasiteten til det kjemiske rensetrinnet ble utnyttet og ca 28 % av alt vannet gikk i overløp. Resultatet her er som forventet; den kjemiske
fellingen fungerer mindre optimalt ved økt hydraulisk belastning og lavere konsentrasjoner av organisk stoff (jfr. Tabell 4).
Tabell 4. Målt vannføring under prøveuttak og TOC i prøvene, og beregnet totalt oksygenforbruk for nedbrytning av organisk stoff (TOFoc,spes) (etter justering for nitrifikasjon) bestemt ved lab-forsøk, samt andelen av oksygenforbruket knyttet til oksidasjon av ammonium (NOX).
Prøvetakings-
sted Dato Avrennings
-forhold
Vannføring1 TOC TOFOC,spes NOX
mg C/l g O2/g C % 1000 m3/d Snitt Snitt Snitt VEAS
utløp
3.9.10
Tørrværs- avrenning
250 9,4 10,0
1,12 1,0
44 61
7.9.10 203 10,7 1,10 67
9.9.10 236 9,9 0,79 72
5.10.10 Etter kraftig regnvær
456 7,4
6,8 1,19
0,9 58
22-25.7.11 435 6,2 0,55 71 64
Bekkelaget utløp
3.9.10
Tørrværs- avrenning
104 8,3 8,7
0,49 0,5
2 11
7.9.10 91 8,0 0,56 14
9.9.10 89 9,7 0,45 17
5.10.10 Etter kraftig regnvær
205 7,5
7,8 0,67
0,9 79
22-25.7.11 218 8,0 1,09 58 69
VEAS innløp
5.10.10 Etter kraftig regnvær
456 37,4
33,2 3,31
3,7 29
22-25.7.11 435 28,9 4,00 16 23
Bekkelaget innløp
5.10.10 Etter kraftig regnvær
205 44,1
41,0 3,52
3,3 26
22-25.7.11 218 37,9 3,02 24 25
Alna/Loelva 3.9.10 Tørrvær 82 5,4 0,29 16
7.4.11 Vårløsning 570 6,6 0,65 13
Sandvikselva 3.9.10 Tørrvær 289 7,6 0,21 0
7.4.11 Vårløsning 1089 7,6 0,57 2
Gjersjøelva 3.9.10 Tørrvær 77 8,2 0,13 0
7.4.11 Vårløsning 284 7,8 0,10 0
1Kilder elvevannføringer: Vann- og avløpsetaten, Oslo kommune (Alna/Loelva), Instrumentsentralen, NIVA (Gjersjøelva), Vann- og avløpsetaten og Bærum kommune (Sandvikselva).
Viktige observasjoner for innløpet til avløpsrenseanleggene:
TOFOC,spes-verdien i innløpene til renseanleggene er 3-5 ganger høyere enn utløpet, noe som viser effekten av den biologiske rensningen på anleggene.
Oksygenforbruket knyttet til ammonium (TOFNox) ser ut til å være i størrelsesorden 1/3-del av det knyttet til oksideringen av organisk stoff.
Viktige observasjoner for elvetilførslene:
For Alna/Loelva og Sandvikselva 2-3-dobles TOFOC,spes-verdien under vårløsningen sammenlignet med tørrværsavrenningen. Dette er elver som begge er bypåvirket, men Alna/Loelva sannsynligvis vesentlig mer enn Sandvikselva. Sistnevnte drenerer store skogsområder.
Det er interessant at TOFOC,spes-verdien for Gjersjøelva, som i stor grad drenerer
jordbruksområder, ikke ser ut til å endres med vårløsningen. Dette skyldes sannsynligvis påvirkningen fra oppholdet i Gjersjøen.
Det er kun i vannet fra den avløpspåvirkede Alna/Loelva at oksygenforbruk til nitrifikasjon (TOFNox) ser ut til å ha noen særlig betydning.
Som nevnt innledningsvis ble følgende to antagelser lagt til grunn når oksygenforbruket på grunn av organisk stoff skulle estimeres i den enkle beregningsmodellen:
1. 60 % av alt organisk stoff som tilføres fjorden er tilgjengelig for bakteriell omsetning, uansett opphav.
2. I samsvar med Baalsrud m.fl. (1986); for hvert g C som oksideres går det med 2,4 g oksygen.
Samlet sett ga dette en TOFOC,spes-verdi på:
TOCOC = 0,6 * 2,4 = 1,44 g O2/g organisk C i vannet for alle vanntyper.
Slik TOFOC,spes-verdiene fremstår i Tabell 4 var dette en betydelig overestimering for hovedmengden av utslippene. Det var kun urenset overløp på ledningsnettet/renseanleggene som overskred denne TOFoc,spes-verdien. Vi ser nærmere på dette i neste delkapittel når vi diskuterer mulige feilkilder og usikkerheter ved forsøket.
Hvis TOFOC,spes-verdiene i Tabell 4 kobles sammen med vannførings- og TOC-målingene presentert i Figur 3 og 4, kan vi få et mål på de samlede TOFOC-utslippene via elvene. For enkelhets skyld har vi satt skillet mellom tørrværs-TOFOC,spes og våtværs-TOFOC,spes ved tre ganger (3x) tørrværsavrenningen, der tørrværsavrenningen er satt lik medianvannføringen av tilgjengelige data. TOFOC,spes-verdiene for Lysakerelva og Akerselva er antatt lik Sandvikselva. Resultatene er oppsummert i Tabell 7. I Tabell 6 er de samlede TOFOC-utslippene fra de enkelte elvene og renseanleggene sammenlignet med de tidligere estimatene (jfr. Tabell 1). For renseanleggene er utslippene nærmere anvist i Tabell 8.
Viktige observasjoner for utslippet av TOFOC fra avløpsrenseanleggene:
TOC-utslippet fra Bekkelaget RA er i snitt i størrelsesorden 10 % av TOC-utslippet fra VEAS, men pga den lave TOFOC-verdien for Bekkelaget sammenlignet med VEAS, blir denne
skjevheten enda større; 6-8 %. Utslippet av TOFOC fra VEAS er ca 80 % av det estimert tidligere (Strategiplanen), men ca halvparten av det som ligger inne i Oslofjordmodellen. For utslippet fra Bekkelaget ligger de tidligere estimatene ca dobbelt så høyt, mens det som ligger inne i Oslofjordmodellen er i størrelsesorden 5 x høyere.
Utslippene av TOFOC via urenset overløp ser ut til å være 0,7-2,3 ganger høyere enn estimert for overløpet over rist på Bekkelaget, mens det ligger 70 % under det som ligger inne i Fjordmodellen for Lysaker (etter innføringen av RVR i 2008). TOFOC-utslippet så ut til å ha vært ca 5x høyere enn tidigere estimert for Lysakeroverløpet før 2008.
Viktige observasjoner for elveutslippene av TOFOC:
Lysakerelva, som har den største medianvannføringen og største vannføringen totalt av elvene, ser også ut til å ha det største utslippet av TOFOC.
For Sandvikselva ser det ut til at >90 % av utslippet av TOFOC målt i tonn O2/år skjer ved stor (>3x median) vannføring.
Som ventet ut fra de beregnede TOFOC,spes-verdiene, ser TOFOC-utslippet fra de enkelte elvene å være vesentlig lavere enn de tidligere estimatene anslo, spesielt verdiene som ligger inne i Fjordmodellen. Dette gjaldt ikke minst for Gjersjøelva, som har et nesten merkelig lavt årlig utslipp. Vi mangler tall for Årungselva, men det er naturlig å tro at den vil ikke være helt ulik Gjersjøelva, siden den nok vil være betydelig påvirket av Årungen.
Noe som bringer oss over til det neste, og siste kapittelet: vurdering av feil og usikkerheter.
Tabell 5. Registrert vannføring inn og hydraulisk fordeling på ulike behandlingstrinn på VEAS og Bekkelaget RA under regnværsprøvene.
Behandling
5.10.10 22.-25.7.11
Renseanlegg m3/døgn m3/helg m3/døgn
VEAS Innkommende vannmengde 518 918 1 730 926 576 975
Mekanisk/kjemisk/biologisk 320 630 949 783 316 594
Mekanisk/kjemisk 135 562 356 314 118 771
RVR kjemisk renset
Ikke med i blandprøvene 0 342 922 114 307
RVR renset kun med rister
Ikke med i blandprøvene 62 726 81 907 27 302
Overløp
Ikke med i blandprøvene 0 201 571 67 190
Bekkelaget RA Innkommende vannmengde 204 691 653 189 217 730 Mekanisk/kjemisk/biologisk 136 234 330 421 110 140
Mekanisk/kjemisk 68 457 210 000 70 000
Overløp rist
Ikke med i blandprøvene 0 112 768 37 589
Overløp Kværner
Ikke med i blandprøvene eller
medregnet i innkommende vannmengde
0 97 930 32 643
Tabell 6. Samlede TOFoc-utslipp fra de enkelte elvene og renseanleggene sammenlignet med de tidligere estimatene (jfr. Tabell 1).
Oksygenforbruk (Strategi) NIVAs fjordmodell
TOFOC
Snitt Maks Min tonn O2/år
VEAS 1957 2405 1649 3240 15284
Bekkelaget RA 215 256 138 520 87
Nordre Follo RA 49 55 42 65 -
Lysakeroverløp før 2008 184 348 72 - 925
Lysakeroverløp etter 2008 11 21 01 367 1165
Overløp Bekkelaget o/rist 124 243 46 164 284
Årungelva 535 857 213 1547 -
Gjærsjøelva 1254 2059 448 3719 21
Ljanselva 221 238 204 481 -
Loelva/Alna 12432 13222 11642 21012 198
Lysakerelva 9533 10203 8873 16023 485
Sandvikselva 948 948 948
3771 345
Åroselva 613 701 526 -
Samlet 8 296 10 454 6 336 17 577 >3000
1 Tall fram til oktober 2009
2 Inkluderer også Akerselva, Frognerelva og Hovinbekken
3 Inkluderer også Hoffselva og Mærradalsbekken
4 Gjennomsnitt perioden 2008-2010 (fra Tabell 8).
5 Gjennomsnitt perioden 2009-2010 (fra Tabell 8).
NIVA 6229-2011 23
Tabell 7. Beregnet årlig oksygenforbruk på grunn av organisk stoff i de største elvene med utslipp til Indre Oslofjord. Det er gjort et skille m TOFOC,spes-verdi for tørrvær- og våtværsavrenning (se Tabell 4) ved 3x median vannføring. ”n” angir antall målepunkter for TOC, og dermed for estimeringen av TOFOC-utslippene. Elv n
Vannføring TOFOC median<3x median 3x median medianTotalt <3x median 3x median Per årandelPer årandelPer årandelPer årandel 1000 m3 /d1000 m3 % 1000 m3 % mg O2/ltonn O2/årtonn O2% tonn O2% Lysakerelva 21922768 0004681 000542,514851483133769 Akerselva 21919066 0005749 000432,182531164613754 Alna/Loelva 2209437 000809 300202,61198593013970 Gjersjøelva 472710 0003315 000670,87219,84711.153 Sandvikselva11814350 0004075 000601,03345319 31491 Tabell 8. Estimert årlig TOFOC-utslipp for de ulike behandlingsmetodene og overløp på VEAS og Bekkelaget RA basert på årlige vannføringsdata, TOC-utslipp og TOFoc,spes-verdier fra Tabell 4. Vannføringsdata er hentet fra årsrapportene. TOC-verdiene for VEAS er hentet fra årsrapportene, mens TOC-verdiene for Bekkelaget er hentet fra Tabell 1; ”Snitt Strategi” angir tall fra Strategiplanen. Det er for enkelhets skyld antatt at utslippet av TOC fra biokjemisk og kjemisk behandling er proporsjonalt med mengden vann behandlet. VEAS
200820092010 Vannføring TOC TOFOCVannføringTOC TOFOCVannføring TOC TOFOC mill. m3/år tonn C/årtonn O2/årmill. m3/år tonn C/år tonn O2/årmill. m3/år tonn C/år tonn O2/år Biokjemisk94,2 1453145390,91399139987,812541254 Kjemisk 14,121719511,91831659,2131118 Overløp 1,32509252,733,31231,729,5109 Samlet 11019202548106161516849914151478 Bekkelaget
Vannføring (mill. m3 /år) TOC (tonn C/år) TOFOC2 (tonn O2/år) 200820092010Snitt Snitt StrategiFjordmodellSnitt StrategiFjordmodell Biokjemisk38,32 3938,9838,771401887094 Kjemisk 2,363,151,6432,38912171 24 Overløp 2,230,7640,6781,228663284208 Samlet 43434142235263371326 1 Gjennomsnittet for TOFOC,kjem,spes ble benyttet; (1,02+1,86)/2 = 1,44 g O2/g C. 2 Det er benyttet TOC-verdiene fra hhv Strategiplanen og Fjordmodellen, mens TOCOC,spes er hentet fraTabell 4.
3. Vurdering av feil og usikkerheter
3.1 Har vi bestemt endelig oksygenforbruk?
Figur 8 under viser typiske forløp for oksygenforbruket under lab-forsøkene. Siden kurvene ikke flater ut før forsøkene ble avsluttet etter 60 døgn, indikerer dette at forbruket av oksygen ikke hadde stoppet opp. Det er vanskelig å tolke slike data, da det er mange mulige årsaker til dette forløpet. Én viktig faktor er nedbrytning av døde bakterier, noe som vil gi en falsk økning av oksygenforbruket når det er nedbrytningen av det opprinnelige organiske stoffet vi er ute etter.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 20 40 60 80
Dager etter inkubering
Samlet oksygenforbruk (mg O2)
Bekkelaget innløp 5.10.10 Bekkelaget utløp 5.10.10 Poly. (Bekkelaget innløp 5.10.10) Poly. (Bekkelaget utløp 5.10.10)
Figur 8. Typisk forløp for oksygenforbruket under lab-forsøkene ved bestemmelse av totalt oksygenforbruk på grunn av organisk karbon (TOFoc,spes).
I årsrapportene fra VEAS oppgir de sammensetningen av det gjennomsnittlige avløpsvannet inn på anlegget og det rensede vannet ut fra anlegget, gitt ved TOC, kjemisk oksygenforbruk (KOF) og ammonium (NH4-N). Selv om ikke alt organisk stoff vil oksideres kjemisk gjennom KOF- bestemmelsen, er KOF-verdien en parameter som kan anses som en teoretisk grense for oksygenforbruket ved nedbrytning av organisk stoff. Hvis det antas at hovedbidragene til KOF- verdien kommer fra oksidering av TOC og NH4, kan følgende forhold settes opp for bestemmelse av TOFOC,spes:
TOC NH
OC C
gN gO C
TOF KOF 4,57 2 /
4
, der (6)
CNH4, CTOC er konsentrasjonen av NH4-N og TOC.
For innløpet til VEAS oppgir VEAS følgende: KOF = 360 mg O2/l, TOC = 90 mg C/l og NH4 = 16,6 mg N/l. Dette gir en TOFOC,spes -verdi på 3,16 g O2/g C, noe som er relativt nær verdiene vi målte for innløpet til VEAS under kraftig nedbør på 3,3-4,0 g O2/g C. For utløpet fra VEAS oppgir VEAS
følgende: KOF = 35 mg O2/l, TOC = 14 mg C/l og NH4 = 5 mg N/l. Dette gir en TOFOC,spes-verdi på 0,87 g O2/g C, noe som også er relativt nær verdiene vi målte for utløpet fra VEAS under
tørrværsavrenning på 0,79-1,12 g O2/g C. Dette indikerer at det meste av det organiske stoffet i prøvene har blitt brutt ned. Dette indikerer også at KOF-verdien er en nyttig parameter for å anslå et forventet mulig oksygenforbruk ute i fjorden, noe som ikke var helt uventet.
Nedbrytningsforsøkene gikk over 60 dager ved 20 oC. Spørsmålet er om dette kan gjenspeile det tidsrommet nedbrytningen er forventet å foregå over. Normal oppholdstid i fjorden (når sedimentering ikke iregnes) er på i størrelsesorden 1-3 år (ut fra dypvannsutskiftingssyklusen i hovedbassengene i fjorden), og temperaturen under terskelen på ca 20 m fjorden ligger på 6-10 oC. I Oslofjordmodellen benyttes følgende temperaturavhengighet for nedbrytningsprosessene:
T o C T
o f r
r,20o , , der (8)
( 20 )
expk , T C
fT TR , (7)
Ro,T = nedbrytningsraten (dag-1), og temperaturkoeffisienten kT,R = 0,12 oC-1.
Ved 6 oC og 10 oC er nedbrytningsraten hhv 24 % og 30 % av det den er ved 20 oC. Eller sagt på en annen måte; nedbrytningen eller oksygenforbruket vi målte over 60 dager ville tatt 250 døgn (ca. 8 mnd) ved 6 oC og 200 døgn (ca. 6,5 mnd) ved 10 oC. Det kan være at vi ikke har fanget opp det mest tungt nedbrytelige organiske stoffet i elveprøvene, noe som også kurveforløpet i Figur 8 antyder. Men å øke nedbrytningstiden noe særlig utover disse 60 dagene er som nevnt sannsynligvis ikke
formålstjenlig. KOF-målinger på elvevannsprøvene vil kanskje være en tilfredsstillende måte å bestemme det endelige oksygenforbruket i disse prøvene på. Dette er også langt enklere og billigere analyser å gjennomføre.
3.2 Analyse- og måleusikkerhet
Den største usikkerheten når det gjelder målinger er, foruten selve endepunktet for
nedbrytningsprosessen i TOFoc-analysen, nok knyttet til vannføringene. Hvor store målefeilene kan være, har vi ikke forsøkt å finne ut av.
Det er flere usikkerheter knyttet til de kjemiske analysene, men disse er av mindre betydning i denne sammenheng, selv om de gjerne ligger på 20-30 % selv på enkle, standardiserte metoder; jfr. Tabell 9 under for måling av TOC i de samme vannprøvene hentet på VEAS.
Tabell 9. Sammenligning av TOC måling utført ved NIVA og VEAS av prøver fra VEAS.
Analyselab NIVA VEAS Differanse Prøve fra VEAS mg C/l mg C/l % Utløp tørrvær dag 1 9,4 12,1 29 Utløp tørrvær dag 2 10,7 12,7 19 Utløp tørrvær dag 3 9,9 12,1 22
Utløp regnvær dag 1 7,4 10,2 38
Innløp renseanlegg regnvær dag 1 37,4 40,8 9,1
